1. 15№3 • март 2009
: ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И
С сентября 2006 по август 2007 гг. компания E-T
Energy, Ltd. проводила испытания для проверки
(Proof Of Concept – POC) метода добычи нефти из
битуминозных песчаников с помощью электротер-
мического динамического нагрева (Electro-Thermal
Dynamic Stripping Process – ET-DPS). Перед испы-
таниями на месторождении выполнено численное
моделирование процесса с целью определения сле-
дующих количественных показателей: расхода ис-
пользуемой воды на м3
добываемой нефти; требуе-
мого расхода электроэнергии, кВт⋅ч на 1 м3
нефти
(т.е. величины, эквивалентной отношению расхода
нагнетаемого пара на единицу извлекаемой нефти
(Steam Oil Ratio – SOR); выделение парниковых
газов; буровых характеристик; эксплуатационных
затрат и проектных параметров промыслового обо-
рудования.
Результаты промысловых испытаний соответство-
вали или были лучше ожидаемых. Коэффициент не-
фтеотдачи был больше 75 %, потребление энергии на
м3
добываемой нефти был на 23 % меньше расчетного
и максимальные темпы добычи были выше ожидае-
мых значений. При этом единственным показателем,
который не влиял на выделение из нефти парнико-
вых газов, был водонефтяной фактор (Water-Oil Ratio
– WOR). Добыча сопровождалась незначительным
выносом песка, а выделения парниковых газов из на-
гретой нефти были минимальными или их не было
совсем.
Сравнение полученных данных с расчетными
показывает, что в первоначальном численном мо-
делировании были учтены не все факторы. Одним
из наиболее важных факторов является учет по-
путного газа. Выделяясь в сравнительно небольших
количествах при повышении температуры, этот газ
способствует вытеснению битума из порового объе-
ма, что увеличивает приток нефти в продуктивные
скважины.
ВВЕДЕНИЕ
Исследования добычи нефти из битуминозных
песчаников в провинции Альберта с помощью
ПИЛОТНЫЙ ПРОЕКТ РАЗРАБОТКИ
МЕСТОРОЖДЕНИЯ АТАБАСКА
ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ:
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
B. C. W. McGee, E-T Energy
Энергетически эффективный процесс добычи позволяет достичь коэффициента нефтеотдачи по
меньшей мере 75 %
электротермического нагрева проводились с нача-
ла 1970-х гг. [1, 2, 4, 6, 7, 8]. Нагрев битуминозного
коллектора осуществлялся при прохождении элек-
трического тока через связанную воду (рис. 1). При
низкой частоте этот коллектор ведет себя как рези-
стор, преобразуя электрический ток в тепло за счет
омических (ohmic) потерь. В настоящее статье срав-
ниваются данные, полученные в пилотном проекте
ET-DPS-процесса[4], с результатами численного мо-
делирования [5]. Монтаж оборудования и испытания
проводились с сентября 2006 г. по август 2007 г.
Задачами РОС было:
• определение коэффициента нефтеотдачи, Ro
;
• определение коэффициента потребления
энергии на единицу добываемой нефти (EOR),
кВт⋅ч/брл;
R (T, φ, Sw
)
Рис. 1. Проводимость электрического тока через связанную
воду, окружающую непроводящие электрический ток части-
цы песчаника. Электрическая энергия преобразуется в тепло
вдоль этих путей прохождения тока и за счет теплопроводно-
сти тепло передается частицам нефти и песка. Большая пло-
щадь поверхности между водяной пленкой и частицами песка
облегчает быструю передачу тепла
Ток
Битум
Битум
Вода
Кварцилиглинистый
минерал
Скопление
мелкодисперсных
частиц
Вода
10 нм
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

2. 16
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И№3 • март 2009
: ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И
• определение водонефтяного фактора (WOR),
м3
/м3
;
• подтверждение полученных при численном мо-
делировании расчетных температур;
• отладка базового оборудования и установок,
узлов заканчивания скважин, технологического
процесса и определение экономических показа-
телей для промышленного внедрения.
В табл. 1 приведены для сравнения результаты пи-
лотных испытаний и численного моделирования. Ко-
эффициент нефтеотдачи при POC-испытаниях был в
пределах прогнозируемых значений, полученных при
моделировании. Потребление энергии было меньше
расчетного значения на 23 %. При преобразовании
энергии в эквивалентную SOR-величину SORe
соста-
вила 0,49, т.е. отношение суммарных энергий (Net En-
ergy Ratio – NER) около 30. Другими словами, энергия,
содержащаяся в добываемой из битума нефти, в 30 раз
больше энергии, затрачиваемой на ее добычу. Расчет-
ный водонефтяной фактор (WOR) равен единице, а при
POC-испытаниях получено чуть меньше единицы.
Сравнение моделируемого и фактического изме-
нения температуры, измеренной в наблюдательной
скважине ОВ05, показано на рис. 2. Эта скважина
находится приблизительно посредине между сква-
жинами с электродами. Разности между максималь-
ными и средними температурами находятся в допу-
стимых пределах. На рис. 2 показано, что в пилотных
испытаниях был обеспечен однородный нагрев на
всей 30-метровой толщине коллектора. В модели
температурный профиль имел более выраженное
изменение по вертикали. Такое различие связано
с тем, что в коллекторе имеется более заметное по-
перечное течение и, следовательно, более выражен-
ная вертикальная конвекция, чем ожидалось. Кроме
того, можно предположить, что это различие связано
с тем, что вода, нагнетаемая через электроды в ствол
скважины, растекается равномерно в битуминозных
песчаниках. Следует также отметить, что мощность,
подводимая к верхнему электроду, вдвое меньше рас-
четной величины.
POC-ИСПЫТАНИЯ
ET-DSP-МЕТОДА
Предыстория. В настоящее время для добычи из
битумов используются два метода: открытая разра-
ботка и термический метод, включающий бурение
скважин и нагнетание в них пара для нагрева биту-
минозных песчаников, что обеспечивает текучесть
битума и позволяет добывать его из скважины. Из
применяемых в настоящее время термических мето-
дов самым многообещающим является метод гравита-
ционного дренирования коллектора путем нагрева его
паром (Steam Assisted Gravity Drainage – SAGD). Этот
метод имеет преимущества по сравнению с другими
методами нагнетания в скважины пара, поскольку
он требует меньших затрат энергии и обеспечивает
более высокие коэффициенты нефтеотдачи. Однако
Рис. 2. Сравнение измеренной температуры в скважине OB05
с расчетной температурой. Подвод энергии для нагрева биту-
минозных песчаников в течение 36 сут. Профиль температур
в скважине OB05 хорошо согласуется с расчетным профилем.
К верхним электродам в пилотных испытаниях первоначально
подводиласьменьшаямощность,чемпричисленноммоделиро-
вании. Поэтому температуры были не такими высокими. Более
однородный профиль в скважине OB05 предполагает наличие
более сильного вертикального течения в коллекторе по сравне-
нию с прогнозируемым, что может быть связано с лучшим дре-
нированием. Разница максимальных температур равна 6 %
Профиль температур в скважине OB05,
15 февраля 2007 г.
Температура, °С
В промысловое
оборудование
Средний электрод
Кровля коллектора
Верхний электрод
Глубина,м
Нижний электрод
Испытания для проверки метода
Подошва коллектора
Подвод энергии
в течение 36 сут Моделирование
Данные Модель Пилотные испытания
Коэффициент нефтеотдачи (Ro
), % 75 77
Коэффициент потребления энергии
на единицу добываемой нефти (EOR),
кВт ч/брл
80 62
Величина, эквивалентная SOR (SORе
) 0,56 0,49
Отношение суммарных энергий (NER),
кДж/кДж
26,37 30,02
Водонефтяной фактор (WOR), м3
/м3
1 0,9
Максимальная производительность
Х-той скважины (qo
p), брл/сут
15,8 18,5
Таблица 1. Сравнение результатов испытаний и численного моде-
лирования
Рис. 3. Из-за технических и экономических ограничений около
двух третей битуминозных песчаников месторождения Атабаска
находятсяслишкомглубокодляоткрытойразработкисповерхно-
сти и слишком неглубоко для разработки с помощью нагнетания
в них пара. В результате получается огромное различие между
известными и доказанными запасами битуминозных песчаников.
Этизапасывомножествепластовбитуминозныхпесчаниковиде-
ально подходят для добычи их с помощью ET-DSP-метода из-за
низкого рабочего давления и возможности рентабельного вне-
дрения этого метода в промышленное использование
2500 млрд брл
1667 млрд брл
Извл.зап.ET-DSP-методом
Суммарныезапасы
Извлекаемыезапасыстандартными
технологиями
189 млрд брл
Нагнетание
воды
2
/3песчаников
месторождения
Атабаска
Подвод энергии
Слишком глубоко
для откр. разр.
Глубина,м
Слишком неглубоко
для закачки пара
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

3. 17№3 • март 2009
: ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И
около двух третей запасов всего месторождения нахо-
дится слишком глубоко для открытой его разработки
с поверхности и слишком неглубоко для разработки
с помощью нагнетания в них пара [3], поэтому оно
может хорошо подходить для использования ET-DSP-
метода (рис. 3).
Доказано, что передача электромагнитной энергии
в залежь является эффективным средством подвода
к ней необходимого тепла. В электротермическом
процессе электромагнитная энергия превращается
в тепло прямо в пласте с использованием системы
электродов, из которых выходит электрический ток,
который и проходит через пласт. За счет правильно-
го выбора места и интервалов между электродами
можно в значительной степени контролировать путь
прохождения тока и, следовательно, профили тем-
ператур в пласте. Электротермическим процессам
в основном не свойственны проблемы, связанные с
очень низкой начальной приемистостью пласта, пло-
хой теплопередачей, наличием слоев сланцев между
слоями песчаника с высоким содержанием битуми-
нозной нефти, необходимостью присутствия покры-
шек, трудностями контроля движения нагнетаемых
жидкостей и газов.
ET-DSP-технология. Использование для нагрева
пласта тока промышленной частоты имеет преиму-
щества по сравнению с другими методами, посколь-
ку можно легко использовать ток промышленной
частоты 60 Гц и соответствующее оборудование, та-
кое как трансформаторы и измерительные приборы.
При таких низких частотах прохождение тока через
пласт связано с ионной проводимостью воды в поро-
вом пространстве (см. рис. 1). Электрическая энергия
преобразуется в тепло вдоль этих линий тока. Тепло
передается нефти и частицам песчаника за счет тепло-
проводности.
ET-DSP-технология объединяет в себе возможно-
сти электротермического нагрева с теплопередачей
за счет конвекции. Вода нагнетается через отвер-
стия в концах электродов, где самая высокая удель-
ная мощность. Нагнетаемая вода переносит тепло
от электрода в коллектор. Главным
преимуществом объединения элек-
тротермического нагрева с конвек-
тивной теплопередачей является то,
что обеспечивается быстрый и равно-
мерный нагрев коллектора.
На рис. 4 для сравнения показа-
ны распределения температур, по-
лученные при использовании базо-
вого метода электротермического
нагрева и ET-DSP-метода. На графи-
ках приведены распределения тем-
ператур вокруг ET-DSP-электрода
и вокруг электрода без нагнетания
воды в коллектор. Дополнительная
конвективная теплопередача за счет
нагнетания воды через концы ET-
DSP-электрода приводит к тому, что
объем битуминозных песчаников,
нагреваемых выше 70 °С, увеличи-
вается больше, чем в 10 раз.
Первоначально все пластовые жидкости нахо-
дятся в неподвижном состоянии. При увеличении
температуры вязкость битуминозной нефти умень-
шается до такой величины, при которой возможна
откачка ее из эксплуатационной скважины. Ско-
рость нагнетания воды в электроды сравнима со
скоростью притока пластовой жидкости из коллек-
тора (за счет замещения ее в объеме пустот). Поэто-
му давление нагнетания низкое, часто оно эквива-
лентно гидростатическому давлению или меньше
его. Среднее рабочее давление в коллекторе падает
меньше, чем начальное его значение, поскольку ра-
бочее забойное давление в эксплуатационных сква-
жинах уменьшается для обеспечения максимально-
го притока жидкости самотеком в ствол скважины.
При использовании этого метода нет требования
наличия пород-покрышек выше коллектора для
удержания в нем пластовых жидкостей и тепла.
РОС-ПРОЕКТ
Для этапа T-1 POC-испытаний ET-DSP-метода была
использована система, выполненная в 50 % масштабе.
Меньший масштаб позволил ускорить время получе-
ния и анализа данных. Для испытаний и технической
настройки системы 19 сентября 2006 г. к ней была под-
ведена электрическая мощность. Далее до 5 октября
одновременно выполнялись операции электротерми-
ческого нагрева и подвода тепла к пласту под управле-
нием и с помощью Интернета. Первая продукция из
эксплуатационных скважин была получена 6 января
2007 г.
24 марта два насоса поршневого типа (скважины
Х05 и Х08) были заменены на насосы с постепен-
ным увеличением полости всасывания (Progressive
Cavity Pump – PCP). 11 июня 2007 г. компания E-T
Energy начала продавать потребителям чистую би-
туминозную нефть. 30 июня отключили подачу тока
на электроды и 30 сентября были остановлены экс-
плуатационные скважины, что означало завершение
этапа POC.
Рис.4.ДлясравненияпоказаныраспределениятемпературвокругET-DSP-электрода
и вокруг стандартного электрода. Добавление конвективной теплопередачи за счет
нагнетания воды через концы ET-DSP-электрода приводит к увеличению больше,
чем в 10 раз объема битуминозных песчаников, нагреваемых выше 70 °С
Распределение температур после 60 сут нагрева
ET-DSP-электрод
Стандартныйэлектрод
10 м 10 м
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

4. 18
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И№3 • март 2009
: ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И
На рис. 5 показана зона, где проводился этап T-1
пилотных РОС-испытаний ET-DSP-метода. На этом
этапе использовалось элемент 9-точечной схемы раз-
мещения скважин с электродами (Е-Wells), в каждой
из которых было размещено по три электрода, и че-
тыре эксплуатационных скважины, законченных с
использованием различных откачивающих устройств
(Х-Wells). Вокруг зоны Т-1 располагалось пять на-
блюдательных скважин для выполнения измерений
в реальном времени с помощью трех измерительных
устройств, размещенных в продуктивном интервале.
Три управляемых с помощью компьютера силовых
блока питания (Power Delivery Sistems – PDS) обе-
спечивали подачу мощности до 30 кВт на каждый
электрод.
Сетка Е-Wells образовывала равносторонние
треугольники с длиной стороны, равной расстоя-
нию между Е-скважинами. Элемент ET-DSP-системы
определялся с помощью такого треугольника.
Каждый элемент фактически включал половину
Е-скважины из-за симметричного расположения
треугольников. Четыре эксплуатационных скважины
(Х-Wells) располагались в виде прямоугольной сетки
между Е-Wells. В Х-Wells были первоначально спу-
щены всасывающие насосы поршневого типа. Позже
две Е-Wells были оборудованы PCP-насосами. Три
PDS блока на площадке были соединены с 27 электро-
дами. Каждый PDS блок управлял и контролировал
работу каждого электрода в реальном времени через
Интернет. Промысловое оборудование было подобно
оборудованию, связанному с резервуарным парком
для тяжелой сырой нефти. Между подогреваемыми
резервуарами были проложены теплоизолирован-
ные трубопроводы с возможностью контроля их на-
грева. Сепарация воды, нефти и песка эффективно
обеспечивалась за счет разности их плотностей при
некотором разбавлении смеси для ускорения про-
цесса. В технологический процесс были включены
теплообменники, но они редко использовались. Зна-
чения параметров контролировались ежедневно с
помощью расходомера, уровнемеров в резервуарах,
термометров и манометров.
В табл. 2 приведены свойства пласта-коллектора в
зоне проведения этапа Т-1 РОС-испытаний. Кровля
богатого битуминозной нефтью коллектора мак мэр-
рей находится под 51-метровым покрывающим сло-
ем. Средняя суммарная мощность коллектора равна
35 м при эффективной мощности – 30 м. Площадь,
охватываемая каждым элементом ET-DSP-системы,
равна 27,71 м2
, а все восемь элементов охватывают
площадь 221,7 м2
. Запасы битуминозной нефти в этой
области с учетом 30%-ной пористости, 80%-ной не-
фтенасыщенности и 30-метрового продуктивного
интервала равны 1596,26 м3
(10 000 брл).
Цикл добычи с помощью ET-DSP-системы вклю-
чает три важных этапа выполнения работ. После эта-
па предварительного нагрева проходит 180-дневный
период добычи с одновременно выполняемым элек-
тротермическим нагревом. На окончательном этапе
прекращается нагрев и добыча пластовых жидко-
стей из битуминозных
песчаников осуществля-
ется за счет остаточного
нагрева пород коллектора.
С начала добычи с нако-
плением добычи битуми-
нозной нефти постоянно
увеличивалась обводнен-
ность продукции. При
приблизительно 50%-ной
добыче, обводненность
стала равняться 50 %. Это
совпадает с концом на-
грева и цикла добычи. К
концу цикла добычи ко-
эффициент нефтеотдачи,
как и ожидалось, составил
75 % со значением EOR
около 80 кВт⋅ч/брл. Дли-
тельность цикла ET-DSP
добычи равна 365 дням.
Обозначение Параметры Примечания
Покрывающий слой, Z, м 51 От кровли продуктивного интервала пласта
Верхний конец электрода, м 54 Этап А – 2-м смещение за этап
Подошва пласта-коллектора, м 88 3 м выше подошвы
Суммарная толщина, м 35 Результирующий продуктивный интервал hp
30 м
Площадь, охватываемая элементом, Ае
, м2
27,71 Площадь, охватываемая тремя Е-Wells
Площадь, м2
221,7 8 элементов
Объем, м3
6651,8
Пористость, φ, % 29–37 Для оценки запасов используется значение 30%
Давление, Р, кПа 600 Пониженное давление
Температура, Т, °С 11 Предполагается отсутствие градиента
Нефтенасыщенность, So
, % 77–93 Для оценки запасов используется значение 80%
Водонасыщенность, Sw
, % 29–37 Для оценки запасов используется значение 20%
Газонасыщенность, Sg
, % 0 Для оценки запасов используется значение 0%
Запасы нефти в этой зоне, м3
1596,26 На основании оценок
Проницаемость, kx,y.z
, мДарси 7500 Свита Динстарк
Удельное сопротивление, ρ, Ом⋅м 40–160 Каротаж по методу сопротивления
Удельная электрическая проводимость, σ, См/м 0,035–0,0063 1/ρ
Таблица 2. Свойства пласта-коллектора в зоне проведения этапа Т-1 РОС-испытаний
Расходомер
Рис.5.НаэтапеT-1POC-испытанийиспользовалось9Е-скважин,
4 Х-скважины, 3 PDS блока, салазки с главным пультом управ-
ления (МСС) и стандартные трубопроводы и резервуары на по-
верхности
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

5. 19№3 • март 2009
: ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И
РАБОТА
СИСТЕМЫ
В процессе добычи битуминозной нефти из экс-
плуатационных скважин стали очевидными пробле-
мы, связанные с ее откачкой с использованием на-
сосов поршневого типа. Когда такая нефть втекает
в скважину из нагретого коллектора и поднимается
вверх по насосно-компрессорной трубе, она охлаж-
дается в достаточной степени и становится вязкой
и липкой. Газ захватывается вязкой битуминозной
нефтью и в насосе образуется пробка. Проблема усу-
губляется тем, что охлажденная вязкая битуминозная
нефть препятствует быстрому движению поршня на-
соса вверх-вниз, в результате возникает известная
проблема разрушения штанги насоса. Установка и
использование РСР-насосов в эксплуатационных
скважинах стала поворотным моментом для успеха
POC-испытаний ET-DSP-метода. Самыми важными
характеристиками РСР-насосов являются следую-
щие:
• на работу насоса не влияет газ. При этом меха-
низм движения газа позволяет увеличивать ско-
рость откачки битуминозной нефти из скважи-
ны;
• может откачиваться очень вязкая (больше
100 000 сП) битуминозная нефть, это означает,
что может быть добыто значительное количество
нефти, прежде чем будет достигнута максималь-
ная температура, следовательно, экономится
электроэнергия;
• затраты на установку РСР-насоса составляют
часть от затрат на установку насоса поршневого
типа;
• работа РСР-насоса может точно регулироваться
через интернет для оптимизации темпов отбора
и добычи.
В скважину Х05 был спущен новый РСР-насос и
вокруг нее располагались 4 из 16 рабочих электродов
(частота отказов 75 %) и, несмотря на это, были по-
лучены следующие результаты:
• коэффициент нефтеотдачи составил 77 %, в то
время как расчетный был равен 75 %;
• коэффициент EOR был равен 61, 52 кВт⋅ч на брл
добытой битуминозной нефти, расчетный EOR
был равен 80,00 кВт⋅ч/брл (потребление электро-
энергии на 25 % меньше);
• несмотря на выход из строя электродов, техноло-
гия компании E-T Energy продемонстрировала,
что в половине эксплуатационных скважин до-
стигнуты заданные показатели. В предлагаемой
концепции РОС-испытаний принималось, что
отношение числа электродов к числу эксплуата-
ционных скважин должно быть 1:1, однако ре-
зультаты проведенных РОС-испытаний показали,
что может использоваться и отношение 2:1;
• объем закачиваемой воды был меньше объема до-
бытой битуминозной нефти. Дополнительно вода
могла поступать прямо из пласта-коллектора. Во-
донефтяной фактор (WOR) был меньше единицы,
расчетный WOR был равен единице.
Е-скважины. 75 % электродов вышло из строя.
Хорошей новостью было то, что более 3/4 требуемой
энергии было подведено к пласту-коллектору до вы-
хода электродов из строя и, несмотря на это, были до-
стигнуты заданные показатели РОС-испытаний.
Электроды вышли из строя приблизительно в то
же самое время, когда началась добыча нефти из экс-
плуатационных скважин. Сдвиг песчаника из-за обра-
зования цементных пробок выше электродов привел
к смешению и повреждению кабеля.
Во время РОС-испытаний PDS-блоки и устрой-
ства нагнетания воды работали без инцидентов.
Можно было в любое время через интернет регули-
ровать мощность, подводимую к каждому электроду,
контролировать напряжение, ток, сопротивление и
мощность в реальном времени и можно было разра-
ботать и внедрить управляемые с помощью компью-
терной программы операции выключения оборудо-
вания при авариях и для обеспечения безопасности
работ. Погодные условия в холодное время года не
создавали никаких проблем для системы нагнета-
ния воды. После достижения попутно добываемой
воды требуемой температуры холодная погода стала
менее проблематичной. Скорости нагнетания воды
и ее объемы контролировались и регулировались
через интернет.
РЕЗУЛЬТАТЫ
В течение РОС-испытаний из всех скважин добы-
ли 2200 брл битуминозной нефти. В течение января и
февраля 2007 г., когда использовались откачивающие
насосы только поршневого типа, нефть добывалась
в меньших объемах (рис. 6). Результаты показали
существенное увеличение добычи после установки
РСР-насосов в скважинах Х08 и Х05. Эффективный
нагрев начался в октябре 2006 г. Однако находящееся
на поверхности оборудование не было введено полно-
стью в эксплуатацию до января 2007 г., поэтому до-
быча началась с января 2007 г. Величина подводимой
к электродам мощности была умеренной, поэтому,
когда началась откачка нефти из скважин суммарное
количество энергии, введенной в пласт-коллектор,
было эквивалентно количеству энергии, введенной в
Месяцы
Рис. 6. Добыча битуминозной нефти. Приблизительно 2200 брл
битуминозной нефти свободной от песка и эмульсии было до-
быто и продано на рынок. По оценкам 85 % нефти было добыто
из скважины Х08
Испытания на месторождении E-T Energy-технологии – добыча битумов
Накопл. добыча, брл
Брл/мес
Брл/мес
Брл
Янв. Февр. Март Апр. Май Июнь Июль Авг. Сент.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

6. 20
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И№3 • март 2009
: ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И
него в течение 30-дневного этапа предварительного
нагрева.
Из-за большого процента вышедших из строя
электродов и из-за того, что скважина Х05 была един-
ственной скважиной с РСР-насосом, проходящим че-
рез весь продуктивный интервал, особенно тщательно
проанализировали показатели добычи из этой сква-
жины. Скважина Х05 эксплуатировалась при совсем
не идеальных условиях только с четырьмя работаю-
щими электродами из 16. Был добыт расчетный объем
нефти, равный 85 % извлекаемой нефти.
Сравнение теоретических показателей добычи,
полученных с помощью численного моделирования,
и фактических данных добычи из скважины Х05 пока-
зало, что и формы кривых похожи и площади под эти-
ми кривыми почти идентичны, при этом фактическая
суммарная добыча была немного больше – 77 %, а не
75 %, соответствующему расчетному коэффициенту
нефтеотдачи (рис. 7).
Теоретическая максимальная дневная добыча
была около 2,5 м3
/сут и этот максимум имел место
сразу же после изменения угла наклона кривой.
Максимум реальной добычи был почти таким же,
за исключением того, что в следующие месяцы мак-
симальная добыча была даже более высокой. Воз-
можное объяснение этому связано с выделением
газа из битума и его расширением с увеличением
температуры, вместе с образованием пара, за счет
чего увеличивается приток нефти к эксплуатацион-
ным скважинам. В стандартных нефтяных коллекто-
рах этот механизм обычно называется механизмом,
инициирующим движение нефти за счет энергии
растворенного газа. В процессе реальной добычи
из скважины Х05 число качаний насоса было мини-
мальным по вечерам, когда никого из персонала не
было на площадке. Меньшее число качаний насоса
в вечерние смены было усреднено при определении
среднесуточной производительности.
Это различие связано с тем, что в коллектор во-
круг скважины Х05 подведено на 25 % меньше энер-
гии по сравнению с заданным значением. Поэтому
из-за сравнительно меньшей величины остаточной
энергии в коллекторе охлаждение как его самого, так
и нефти происходило быстрее. Более холодный би-
тум будет иметь большую вязкость, в результате чего
уменьшаются темпы добычи. Другая причина, воз-
можно, связана с потерями тепла. В теоретических
расчетах принималось, что продуктивный элемент
окружает нагретая область коллектора. Поэтому по-
тери тепла на границах такого элемента фактически
равны нулю. В реальном случае есть потери тепла из
нагретого объема за его границы и в находящийся
рядом пласт-коллектор, нагрев которого не произ-
водился. Потери тепла приводят к более быстрому
охлаждению коллектора, в результате чего вязкость
битума увеличивается и уменьшается темп его до-
бычи.
По существу полученные в РОС-испытании пока-
затели добычи были лучше ожидаемых. Компания E-T
Energy смогла доказать, что ожидаемые коэффициен-
ты нефтеотдачи (до 77 %) могут быть достигнуты при
меньшем потреблении энергии по сравнению с рас-
четными. Следует отметить, что значение ЕОR около
61,52 кВт⋅ч/брл, полученное при добыче битуминоз-
ной нефти из скважины Х05, эквивалентно значению
SOR около 0,49.
Несмотря на выход из строя многих электродов,
коллектор получил достаточно тепла и был прогрет
– от кровли до подошвы. На рис. 2 показан профиль
температур в наблюдательной скважине ОВ05 и ожи-
даемый профиль температур, рассчитанный с помо-
щью модели. Если продуктивный интервал коллектора
находится между 52 и 89 м по глубине, то эти данные
показывают, что во всем этом интервале температура
увеличилась. Это увеличение температуры во всем
продуктивном интервале было достигнуто за 30 сут.
Максимальные температуры от 75 до 80 °С согласу-
ются с расчетными значениями.
ПРЕИМУЩЕСТВА
ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Полезная теплоотдача при использовании элек-
трической энергии для нагрева может уменьшить
затраты, часто связанные с использованием элек-
троэнергии. На основании результатов, получен-
ных при РОС-испытаниях, можно сделать вывод,
что полезная теплоотдача при электротермическом
нагреве может быть в четыре раза большей со зна-
чениями SORе
около 0,49, EOR около 62 кВт⋅ч/брл и
NER больше 30.
Коэффициент нефтеотдачи при использовании
электротермического процесса составил 75 % или
больше. Может быть доработана технология для уве-
личения коэффициента нефтеотдачи. Значение WOR
было меньше единицы. Электротермический нагрев
обладает следующими преимуществами, которые не
могут быть получены при использовании других тер-
мических методов:
• быстрый и равномерный нагрев без необходи-
мости нагнетания и перемещения пластовых
жидкостей, которое может негативно повлиять
на распределение нефтенасыщенности в пла-
сте и на приток битуминозной нефти в скважи-
ны;
Месяцы 2007 г.
Рис.7.СравнениетеоретическогоцикладобычиET-DSP-технологии
с циклом добычи из скважины Х05. Приведенные кривые анало-
гичны по форме и площадям под кривыми, при этом фактическая
накопленная добыча немного больше – 77, а не 75 %
Добыча из скважины – расчетная и фактическая
Добычибитумов,брл/сут
Фактическая добыча
при 1/2-суточной
работе
Потери тепла
Без потерь тепла
Фактическая
Расчетная
Откл.тока
30июня
Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

7. 21№3 • март 2009
: ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И
• добыча из коллектора при меньших давлениях
позволяет разрабатывать продуктивные пласты,
залегающие на меньших глубинах;
• увеличение зоны воздействия использовани-
ем сетки добывающих скважин позволяет
добывать нефть быстрее, чем из одной сква-
жины;
• поддержание текущего пластового давления за
счет замещения пластовых жидкостей в пустотах
увеличивает движущую силу, обеспечивающую
ускоренный приток битуминозной нефти в до-
бывающие скважины.
ИЗУЧЕНИЕ
ОСНОВНЫХ УРОКОВ
Необходимо изменение конструкции электродов,
используемых в скважинах, для защиты электри-
ческих кабелей и предотвращения их закручива-
ния из-за очень больших нагрузок, прикладывае-
мых к нижним концам электродов. Не должно быть
цементных пробок или других включений выше
электродов в течение всего времени эксплуатации,
пока скважины с электродами не будут ликвидиро-
ваны.
Объем оборудования на поверхности можно умень-
шить и использовать только оборудование для отделе-
ния воды от нефти. Оборудование для удаления песка
и обработки эмульсий не является необходимым. При
работе теплообменника возникли эксплуатационные
проблемы, польза от него была небольшая и он редко
использовался. Контроль температуры можно было
проводить в ограниченном объеме и только в добы-
вающих скважинах. В испытаниях использовались до-
полнительные наблюдательные скважины, но они не
являются необходимыми. Доказано, что использова-
ние установки для получения разбавленной смеси би-
туминозной нефти является очень полезным. Все но-
вые скважины должны быть оснащены РСР-насосами,
работой которых можно управлять для оптимизации
добычи. С момента установки РСР-насосов до окон-
чания РОС-испытаний простоев РСР-насосов не на-
блюдалось.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании результатов РОС-испытаний можно
сделать вывод, что на основе электротермических
процессов, таких как ET-DSP-процесс, можно раз-
работать эффективную технологию прямого нагрева
для извлечения нефти из продуктивного пласта, об-
ладающую дополнительными преимуществами по
сравнению с другими подобными технологиями, ко-
торая подходит для добычи нефти из битуминозных
песчаников. Компания E-T Energy успешно спроек-
тировала и построила установку для использования
ET-DSP-процесса для нагрева и добычи нефти из
битуминозных песчаников месторождения Атаба-
ска и хранения ее в находящихся на поверхности
складских резервуарах. В добываемой битуминоз-
ной нефти фактически не было песка и эмульсии и
при ее добыче расходовалось меньше энергии, чем
ожидалось. При отсутствии в битуминозной нефти
песка и эмульсии было экономически выгодно про-
сто продавать ее потребителям.
Компания E-T Energy разработала перечень обо-
рудования для внедрения этого процесса, что дает
определенные преимущества работающим в настоя-
щее время в отрасли сервисным компаниям и позво-
лит им уменьшить издержки в будущем. Мы ожидаем,
что потребуется значительно меньший объем работ
для добычи нефти по сравнению с другими методами.
В целом оборудование системы легко устанавлива-
ется, она быстро принимается в эксплуатацию, обе-
спечивается быстрый запуск ее в работу. Фактически
для добычи битуминозной нефти используется метод
«включи и работай».
Перевел В. Клепинин
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. F. S. Chute, F. E. Vermeulen, and M. R. Cervenan. «Physical modeling of
the electrical heating of the oil sand deposits», Technical Report AOSTRA
Agreement No. 31, Applied Electromagnetics Group at the University of Al-
berta, 1978.
2. F. S. Chute, F. E. Vermeulen, and M. R. Cervenan. «Physical modeling of the
electromagnetic heating of the oil sand and other earth-type and biological
materials», Canadian Electrical Engineering Journal, 1979, 4(4): pp. 19–28.
3. Jan Czarnecki, Boryan Radoev, Laurier Schramm, and Radomir Slavchev.
«On the nature of the Athabasca oil sands», Advances in Colloid and Interface
Science, 114, No. 115, March 2005, pp. 53–60.
4. Bruce C. W. McGee and Fred. E. Vermeulen. «In situ electromagnetic heat-
ing for hydrocarbon recovery and environmental remediation», Journal of Ca-
nadian Petroleum Technology, distinguished authors series, 39, No. 8, August
2000, pp. 25–30.
5. Bruce C. W. McGee and Fred E. Vermeulen. «The mechanisms of electri-
cal heating for the recovery of bitumen from oil sands», Journal of Canadian
Petroleum Technology, 46, No. 1, January 2007, pp. 28–34.
6. F. E. Vermeulen and F. S. Chute. «Electromagnetic techniques in the in
situ recovery of heavy oils», Journal of Microwave Power, 18, No. 1, 1983, pp.
15–29.
7. F. E. Vermeulen, F. S. Chute and M. R. Cervenan. «Physical modeling of
the electromagnetic heating of oil sand and other earth-type and biological
materials», Canadian Electrical Engineering Journal, 4, 1979, pp. 19–28.
8. F. E. Vermeulen, F. S. Chute and R. G. McPherson. «Physical modeling of
electrothermal processes in oil sand», Alberta Oil Sands Technology and Re-
search Journal of Research, 4, 1988, pp. 299–305.
Bruce C. W. McGee (Б. К. В. Макджи), президент и
главный исполнительный директор E-T Energy, част-
ной компании, занимающейся добычей нефти из
битуминозных песчаников на арендуемых участках
месторождения битуминозных песчаников Атабаска.
М-р Макджи получил степень бакалавра в 1980 г., сте-
пень магистра в 1984 г. и степень доктора в 1988 г. по
электротехническому машиностроению в универси-
тете провинции Альберта. Он также получил степень
магистра по химической технологии в 1989 г. в универ-
ситете Калгари. М-р Макджи имеет большой опыт работы в технике и
бизнесе нефтегазовой отрасли и в области охраны окружающей среды.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»